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Le centrali nucleari. L'energia che scaturisce dal bombardamento dell'uranio con neutroni. Il processo di 'fissione/fusione nucleare'. Il problema della radioattivitą e delle scorie.

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La Tecnologia Nucleare - Enrico Mainardi -

I reattori nucleari possono essere sommariamente classificati appartenenti a quattro generazioni in base ad alcune caratteristiche comuni e in base all’epoca in cui sono stati progettati e costruiti.
Attualmente sono in funzione 439 reattori che appartengono principalmente alla prima e seconda generazione con alcune unità di terza operative in Asia.
Oggi si può parlare di Nuclear Renaissance sintetizzando un certo ottimismo alimentato dalle attuali costruzione in Asia e dai numerosi progetti e proposte in Russia, America ed Europa.
In particolare, nell’Europa dell’Est c’è molto fermento che si aggiunge alla decisione della Finlandia e della Francia nel costruire il reattore EPR (European Pressurized Reactor) di terza generazione.

Questo rinascimento nucleare appare dunque alquanto visibile nel mondo grazie a una serie di fattori politici, economici, ambientali e di evoluzione scientifica e tecnologica.
Inoltre si parla molto delle prospettive offerte dalla ricerca sui reattori innovativi di quarta generazione.
Analizziamo in maniera sintetica le caratteristiche principali delle quattro GENERAZIONI DI REATTORI NUCLEARI (1).

La prima generazione include prototipi e reattori destinati alla produzione di energia elettrica o plutonio per armi nucleari, progettati e costruiti prima degli anni ’70.
In genere sono caratterizzati da una bassa potenza termica che per i reattori commerciali di potenza si traduce in taglie generalmente inferiori ai 300 MWe.
In Italia sono presenti tre centrali nucleari che possono considerarsi di prima generazione.

Gli impianti sono spenti dal 1986 e attualmente in fase di decommissioning: Latina (GCR – 210 MWe), Garigliano (BWR – 160 MWe) e Trino (PWR – 270 MWe).
La seconda generazione comprende principalmente reattori ad acqua leggera, costruiti e utilizzati a partire dagli anni ’70 e ’80 e ancora operativi.
In genere sono caratterizzati da una potenza elettrica compresa tra i 300 MWe e i 1000 MWe.

In Italia la centrale nucleare di Caorso (BWR – 860 MWe) può considerarsi di seconda generazione, anche se è attualmente spenta e in fase di decommissioning.
La terza generazione si riferisce a quei reattori avanzati, come l’EPR (European Pressurized water Reactor), l’AP1000 (Advanced Passive) e l’ABWR (Advanced Boiling Water Reactor), derivanti dall’ottimizzazione, in termini di economia e sicurezza, degli attuali reattori ad acqua leggera e che saranno operativi prima del 2010.
Alcuni reattori, tra cui gli ABWR costruiti in Giappone, sono già in funzione e possono già considerarsi di terza generazione.

In generale, questi reattori sono caratterizzati da una potenza elettrica oltre i 1000 MWe, taglia che sembra affermarsi con maggiore solidità nel mercato.
In Italia non si prevede di costruire reattori nucleari nel breve-medio periodo ma, se si considerasse l’opzione nucleare in un contesto di politica energetica europea, sarebbe necessario fare riferimento a reattori commerciali appartenenti a questa nuova generazione.
Inoltre, è importante segnalare la partecipazione dell’ ENEL (Ente Nazionale per l’Energia Elettrica SpA) con la francese EdF (Electricité de France) per la realizzazione del primo reattore nucleare di terza generazione EPR (European Pressurized Reactor) in Francia con una potenza di 1600 MWe.

Viene anche spesso citata una generazione 3+ che include sistemi che potrebbero essere introdotti entro i prossimi 10-15 anni, quindi assai prima dei reattori di quarta generazione e allo stesso tempo risultare vantaggiosi per lo sviluppo di questi ultimi.
Per la generazione 3 e 3+ sono stati considerati numerosi sistemi che potrebbero essere impiegati prima del 2015 e con performance superiori a quelle dei reattori attuali.
La quarta generazione comprende sistemi nucleari innovativi che probabilmente raggiungeranno maturità tecnica dopo il 2030.

Tali sistemi nucleari sono concepiti in modo da provvedere alla fornitura di energia in maniera molto competitiva da un punto di vista economico, estendendo e migliorando la sicurezza in caso di incidenti e tenendo in considerazione anche la sicurezza in caso di attacchi terroristici, la minimizzazione delle scorie (in particolare di quelle a lunga vita), l’uso razionale delle risorse naturali (con un maggior sfruttamento dei materiali fissili e fertili), la capacità di produrre direttamente IDROGENO (senza passare attraverso la produzione di energia elettrica), l’affidabilità, la resistenza alla proliferazione.

Gli attuali problemi riguardanti la disponibilità di fonti di energia e la qualità dell’aria richiedono una maggiore attenzione verso il ruolo fondamentale dei reattori nucleari nella fornitura di energia elettrica per il futuro.
Saranno necessarie per la fase dimostrativa ulteriori attività di ricerca e sviluppo sui reattori di Quarta Generazione per consentire all’industria di rendere uno o più sistemi disponibili per il mercato.

Tali sistemi dovrebbero coprire le grandi richieste di energia durante tutto il periodo richiesto per il completo sviluppo e messa in esercizio degli auspicabili reattori a fusione.
I reattori a fusione sono ancora in una fase di ricerca e sviluppo di cui non è facile prevedere la tempistica di realizzazione, stimata comunque essere ben superiore al mezzo secolo.

Figura 1: Schema temporale delle quattro GENERAZIONI DI REATTORI NUCLEARI.

(1) Per ulteriori approfondimenti si suggerisce il testo Impieghi dell'energia nucleare, Editoriale Delfino (Mainardi E., Gennaio 2008).